Sci Adv丨葛楚天团队揭示RBM20通过抑制Wt1 KTS的剪接调控红耳龟性别决定的分子机制

2025年11月14日，浙江万里学院葛楚天团队在Science Advances杂志发表题为

RNA-binding protein RBM20 regulates turtle temperature-dependent sex determination by repressing the splicing of

Wt1

KTS

RNA选择性剪接（ alternative splicing,AS），是真核生物基因表达调控中普遍存在的生物过程——pre-mRNA通过不同剪接方式产生多样化的mRNA，进而显著增加了编码蛋白质的多样性，在组织和器官发育中发挥重要的调控作用。性别决定是动物胚胎发育早期的一个重要事件，决定具有双向分化潜能的性腺向精巢还是卵巢发育。 经典理论认为，脊椎动物性别决定由不同基因的差异表达来调控，而昆虫等低等动物的性别则由同一基因的不同剪接方式控制。随着众多关联性研究发现，脊椎动物胚胎性腺中亦存在性别二态性RNA剪接事件，提示AS调控机制可能参与脊椎动物性别决定。然而，这些事件中不同转录异构体的形成机制尚不明确，导致AS在脊椎动物性别决定中的调控作用仍缺乏直接证据。AS通常由RNA结合蛋白（如RNA剪接因子）以时空特异性表达的方式来调控。因此，鉴定性别特异性RNA剪接因子，是证明AS机制调控脊椎动物性别决定的关键突破口。

研究团队以红耳龟（Trachemys scripta elegans）为实验对象，其性别由孵化温度决定（26℃产生100%雄性子代，32℃产生100%雌性子代），性别决定方式为TSD（Temperature-dependent sex determination,温度依赖型性别决定）。本研究发现，1）RNA剪接因子RBM20在整个性别决定时期的产雄温度（Male-producing temperature, MPT）性腺中高表达；2）在MPT下，敲低Rbm20会导致雄性向雌性性逆转，而在FPT（Female-producing temperature, 产雌温度）下，过表达Rbm20则会诱导雄性发育；3）RBM20蛋白能够直接与Wt1转录本结合，调控Wt1两种剪接亚型（+KTS和−KTS）的相对表达丰度——敲低Rbm20，会导致+KTS降低、−KTS增加，而过表达Rbm20，+KTS/−KTS比例升高；4）Wt1 +KTS对于红耳龟雄性发育的启动是必需且充分的。

基于以上发现，研究团队提出了RBM20调控红耳龟TSD的工作模型。在MPT下，RBM20的高表达抑制Wt1 KTS的剪接，促使+KTS转录本被更多的保留，推测是RBM20蛋白会结合到Wt1 RNA上通常被KTS剪接激活因子识别的位点，从而阻断KTS剪接，最终启动雄性发育通路。相反，在FPT下，RBM20处于低表达水平，使得其他剪接因子能够识别并剪切KTS，导致−KTS水平升高，最终促进卵巢分化。先前对于RBM20的生物学功能研究聚焦在心血管疾病等方面，该因子被发现调控众多心脏特异性基因的RNA剪接过程。本研究首次将RBM20的功能范畴拓展到生殖发育领域，建立了“温度--RBM20-Wt1剪接--性别分化”的因果链条，提供了AS调控机制参与脊椎动物性别决定的关键证据。

葛楚天团队长期致力于龟鳖动物性别决定机理研究，此前与美国杜克大学Blanche Capel教授团队合作，在红耳龟中发现了由组蛋白去甲基化酶KDM6B介导的表观遗传通路——在MPT下，KDM6B通过消除启动子区H3K27me3标记，直接促进雄性分化启动基因Dmrt1表达；而在FPT下，高水平pSTAT3会抑制Kdm6b的转录，从而抑制雄性发育途径【1, 2, 3】。最近，研究团队与中国科学院动物研究所杜卫国研究员团队合作，揭示了在FPT下，高水平pSTAT3同时能够直接激活雌性分化关键基因Foxl2表达，从而启动卵巢分化【4, 5】。此外，本研究发现在MPT下，敲低Rbm20或Wt1 +KTS转录本，会迅速降低Dmrt1，表明受RBM20调控产生的高水平Wt1 +KTS剪接异构体是激活雄性发育途径所必需的。值得注意的是，Wt1 +KTS异构体可能还会在Dmrt1基因位点招募或稳定含有KDM6B的染色质复合物，这暗示了剪接调控和表观遗传调控之间存在直接的机制联系，这也是未来需要验证的一个关键假设。

综上所述，该研究揭示了剪接因子RBM20通过抑制Wt1KTS剪接来激活红耳龟雄性分化通路，在RNA选择性剪接机制与脊椎动物性别决定之间建立了因果关联和直接的遗传联系。确定温度如何调控Rbm20的表达，以及哪些剪接因子与RBM20相互作用以控制Wt1异构体的产生，将增进我们对脊椎动物性别决定中RNA选择性剪接调控机制及其进化保守性的理解。

图1 表观遗传和RNA选择性剪接调控红耳龟TSD的工作模式图

浙江万里学院孙伟助理研究员和中国海洋大学博士生杨洪哲为本文共同第一作者，浙江万里学院葛楚天教授、王宗吉副研究员为本文共同通讯作者。浙江万里学院硕士生惠航博，本科生白敬之、方言，硕士生王欣怡，副研究员陈其然在本研究中做出了重要贡献。

原文链接：http://doi.org/10.1126/sciadv.adv9587

制版人： 十一

参考文献

1. C. Ge, J. Ye, C. Weber, W. Sun, H. Zhang, Y. Zhou, C. Cai, G. Qian, B. Capel. The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species. Science, 2018, 360:645-648.

2. C. Weber, Y. Zhou, J.G. Lee, L.L. Looger, G. Qian, C. Ge, B. Capel. Temperature-dependent sex determination is mediated by pSTAT3 repression of Kdm6b. Science, 2022, 368:303-306.

3. C. Ge, J. Ye, H. Zhang, Y. Zhang, W. Sun, Y. Sang, B. Capel, G. Qian. Dmrt1 induces the male pathway in a turtle species with temperature-dependent sex determination. Development, 2017, 144:2222-2233.

4. P. Wu, X. Wang, C. Ge, L. Jin, Z. Ding, F. Liu, J. Zhang, F. Gao, W. Du. pSTAT3 activation of Foxl2 initiates the female pathway underlying temperature-dependent sex determination. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2024, 121:e2401752121.

5. X. Ma, F. Liu, Q. Chen, W. Sun, J. Shen, K. Wu, Z. Zheng, J. Huang, J. Chen, G. Qian, C. Ge. Foxl2 is required for the initiation of the female pathway in a temperature-dependent sex determination system in Trachemys scripta. Development, 2022, 149:dev200863.

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